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我国电力电子技术发展和展望

2010-05-14 16:56
棒棒书香
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        当今世界能源消耗增长十分迅速。目前,在所有能源中电力能源约占40%,而电力能源中有4 0%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。预计十年后,电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换,电力电子技术在21世纪将起到更大作用。

  电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件 、变流电路和控制电路三个部分,是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展,电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电 子技术等许多领域密切相关,已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。

  电力电子技术作为一门高技术学科,由于其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有 着重要的作用,现在已广泛的应用于传统工业(例如:电力、机械、交通、化工、冶金、轻 纺等)和高新技术产业(例如:航天、现代化通信等)。下面着重讨论电力电子技术在电力系 统中的一些应用。

在高压直流输电(HVDC)方面的应用

  直流输电在技术方面有许多优点:(1)不存在系统稳定问题,可实现电网的非同期互联; (2)可以限制短路电流;(3)没有电容充电电流;(4)线路有功损耗小;(5)输送相同 功率时,线路造价低;(6)调节速度快,运行可靠;(7)适宜于海下输电。随着大功率电 子器件(如:可关断的晶闸管、MOS 控制的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等)开断能力不 断提高,新的大功率电力电子器件的出现和投入应用,高压直流输电设备的性能必将进一步 得以改善,设备结构得以简化,从而减少换流站的占地面积、降低工程造价。

在柔性交流输电系统(FACTS)中的应用

  20世纪80年代中期,美国电力科学研究院(EPRI)N.G.Hingorani博士首次提出柔性交流 输电技术的概念。近年来柔性交流输电技术在世界上发展迅速,已被国内外一些权威的输电 工作者预测确定为“未来输电系统新时代的三项支持技术(柔性输电技术、先进的控制中心 技术和综合自动化技术)之一”。现代电力电子技术、控制理论和通讯技术的发展为FACTS 的发展提供了条件。采用IGBT等可关断器件组成的FACTS元件可以快速、平滑地调节系统参 数,从而灵活、迅速地改变系统的潮流分布。

在电力谐波治理方面的应用

  有源滤波是治理日益严重的电力系统谐波的最理想方法之一。有源滤波器的概念最早是在20 世纪70年代初提出来的,即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相 等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,从而实现实时补偿谐波电流的目的。随着 中国电能质量治理工作的深入开展,使用以瞬时无功功率理论为理论基础的有源滤波器进行 谐波治理将会有巨大的市场潜力。

在不间断电源(UPS)中的应用

  UPS紧急供电系统是电力自动化系统安全可靠运行的根本保证,是计算机、通信系统以及要 求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。现代UPS普遍采用脉宽调制技术 和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,降低了电源的噪声,提高了效率和可靠性。

  电力电子技术已迅速发展成为一门独立的技术、学科领域。它的应用领域几乎涉及到国民经 济的各个工业部门。毫无疑问,它将成为新世纪的关键支撑技术之一。电力电子技术拥有许 多微电子技术所具有的特征,比如发展迅速、渗透力强、生命力旺盛,并且能与其它学科相 互融合和相互发展。电力电子技术也具有其自身的特色,如高电压、大容量及控制功率范围 大,因此技术创新必须跨越高电压大功率这一关。当前电力电子技术的发展趋势是:高电压 、大容量化、高频化,主电路及保护控制电路模块化、产品小型化、智能化和低成本化。而 对于电力电子产品而言,用于电力系统的电能变换设备、服务于环保和人类健康的电源装置 、适合信息社会需要的电源产品、小型电源模块与装置以及高效节能低污染的"绿色"电源产 品将是21世纪的主流产品。可以预见,在未来现有的电力电子器件的性能会得到不断改进 ,新的器件和先进的技术会不断出现。

  据美国总统科学和技术顾问委员会称,国家关键性的科技领域有七个方面:能源、环保、资 讯与通信、生命科学、材料和交通。每一领域中电力电子技术都扮演者重要的角色。可见, 电力电子技术是现代社会的重要支撑科技,在国民经济各个领域中有着广泛的应用和美好的前景。

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